碳纤维增强复合材料分层缺陷检测研究

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1、碳纤维增强型复合材料分层缺陷的检测研究贾继红【1】，许爱芬【1】，路学成【2】，谢霞【2】摘要：碳纤维增强型复合材料由于其高温下仍保持高硬度、高强度，质量轻等性能被广泛应用于军事工业，但复杂的制造过程使得缺陷不可避免并影响使用。本文采用正交小波对碳纤维复合材料的探伤信号进行多尺度分析，通过对小波基、分解层数地选取以及对细节信息地处理和分析，总结出判定分层缺陷的损伤程度的方法，使得材料在失效前被提早发现。实验表明该方法有效。关键词：碳纤维；复合材料；小波分析；无损检测TistingStudyOnLami

2、nationOfCarbonfibrereinforcedcompositematerialJiaJiHong[1],XuAiFen[1],LuXueCheng[2],XieXia[2]Abstract:CarbonfibrereinCompositematerialswaswidelyusedinwarindustryforkeepinghigh-hardness、high-strength,andlightweightetc,butthedefectcouldnotbehelpedaftercom

3、plicatedmanufacturing,andinfluenceduse.Appliedtheorthogonalwavelettoexplorecarbonfibrereinforcedcompositematerialforthemultiple-dimensionedanalysis,putforwardamethodforestimatingdamagingdegreebyselectingbasicwavelet、decomposinglayer-numberanddetailsigna

4、lprocessing.It’sadvantageisthatpreventthemateralfrominvalidating,，andthismethodwasprovedeffective.Keywords:Carbonfibrerein；Compositematerials；Waveletanalys；nondestructivetest1.引言近年来，碳纤维增强型复合材料在工业甚至国防建设中有了长足发展，特别是在飞机制造上，机体结构的复合材料化程度是衡量飞机先进性的一个重要指标。然而，碳纤维

5、复合材料是复杂的各项异性多相体系，其质量存在离散性，成型过程与服役条件极其复杂，环境控制、制造工艺、运输以及操作等都可能造成材料缺陷【2】，使得结构失效。因此，结构材料的无损检测（NDT）无论是在制造上还是在实时应用上都显得尤为重要。分层缺陷是碳纤维复合材料中最常见的缺陷形式，复合材料层合板在压缩载荷作用下将依次发生脱粘分层、分层扩展、再屈曲、最后压缩破坏。含分层损伤的复合材料层合板在面内压缩载荷作用下，其圆形分层缺陷上下端点的局部区域内材料受横向拉应力作用为主；分层缺陷大小对复合材料层合板的抗压强度

6、和屈曲临界载荷影响显著；分层缺陷大小对复合材料层合板的压缩弹性模量影响不显著；对于4.40mm厚复合材料层合板，当分层缺陷尺寸达到孔隙30%就要考虑修补【3】。超声检测是目前无损检测中应用最广泛的一种。在超声缺陷检测中，回波信号通常是一种被探头中心频率调制的宽带信号，该信号是属于时频有限的非平稳信号，因此选用具有时频局部放大能力的小波变换技术对信号进行处理和分析非常适宜。71.小波变换基本原理2-1小波变换的特点小波（wavelet）有两个特点：一是“小”，即在时域和频域都具有紧支集或近似紧支集；二是

7、正负交替的“波动性”，也就是直流分量为零。小波分析是将信号分解成一系列小波函数的叠加，而这些小波函数都是由一个母小波函数经过平移与尺度伸缩得来的。相比傅里叶变换：用不规则的小波函数来逼近尖锐变化的信号显然要比光滑的正弦曲线好得多。由于所研究的信号为复合材料的超声检测信号，采样取得，故选用一维离散小波变换。2-2离散小波变换在实际应用中，为了方便使用计算机进行分析、处理，信号f(t)都要离散化为离散序列，伸缩因子a和平移因子τ也必须离散化，成为离散小波变换，记为DWT。离散小波变换定义为：为了减小小波变

8、换系数冗余度，将小波基的α、τ离散化，而待分析信号f(t)和分析小波中的时间变量t并没有离散化。2-2-1小波基的选择主要通过用小波分析方法处理信号的结果与理论结果的误差来判定小波基的好坏，由此决定小波基。虽然依据的标准不同，但总的来说，具有对称性的小波不产生相位畸变；具有好的正则性的小波易于获得光滑的重构曲线，从而可以减少误差。综上考虑，选用Daubechies(dbN)小波作为小波基。Daubechies(dbN)小波：dbN是简写，N为小波的阶数。